基于绿色物流与循环经济中的污泥管理问题

□ 潘永明,林 威

(天津理工大学 管理学院，天津 300384)

1 引言

循环经济模式是一种系统解决的方案，旨在减轻生产和消费对环境的不利影响，特别是在减少温室气体排放和废物产生的背景下，与传统的线性模型相比，考虑到每单位资源的附加值更大，循环经济模型的重要性正在变得越来越重要。循环经济模式依赖于许多“旧”和迄今为止的“新”概念，其目标之一是尽量减少公司活动对环境的影响。本文以循环经济体制下污水污泥管理的可能性为例，阐述了绿色物流的概念。

1.1 循环经济概念与绿色物流的概念

循环经济[1](CE)已经获得了许多定义。根据欧盟委员会的说法，在循环经济中，产品、材料和资源在经济中的价值尽可能长，而废物的产生则限于最低限度[2]。循环经济依赖于产品寿命延长的循环周期的结束以及废物作为有价值的回收材料[3]。循环经济是一种经济模型，涵盖生产、分销和消费过程中限制、再利用和回收材料的所有活动[4]。循环经济体系的一个重要环节是均衡消费和生产的概念。经济系统循环的关闭预期将有助于减少环境污染的程度，降低自然资源消耗水平，减少回收材料制成品和加工过程的资本和能源强度，并尊重自然原则。为了高效运行整个系统，经常要求重新设计整个工业系统。简而言之，循环经济是一个整体系统，为无废物的生产、服务和消费方式服务，以减少对宝贵自然资源的开采和能源消耗。循环经济是通过合理利用资源和在产品生命周期的所有阶段尽量减少产品对环境的不利影响来创造价值的概念，从而能够重复使用所使用的材料[5]。在其基本假设中，循环经济概念采用了新旧两种促进缓解企业生产的产品对环境的不利影响的概念，包括以下概念：从源头到源头(C2C)；3R(减少、再利用和回收)和4R(减少、再利用、再循环和维修)；清洁制造；工业生态可持续供应链管理——绿色供应链。

上述所有概念都符合可持续发展理念的实现。值得补充的是，绿色物流是发展循环经济的前提和关键。绿色物流结合了上述理念，促进可持续发展理念[6]。循环经济概念的一个重要方面是物质(“绿色物质”)的闭环循环，这有可能用于绿色物流的发展。绿色物流的语义是广泛的。首先，需要注意的是，在以环境为导向的物流概念中，理解物流对经济系统中残留物流动的影响有两个方面，即通常理解相同的生态物流或绿色物流以及循环物流(也称为废物物流，或逆向物流)。

生态物流是物流的子系统，以物流流程为导向，特别是以收集、储存、运输为导向，生态物流的经营对象是废物[7]。因此，生态物流关注减轻公司活动对自然环境的影响，例如废物的再利用(也就是废物包装)。生态物流活动旨在最佳解决方案，收集、储存、清除和回收或环境和社会上对不同类型的废物进行无负担处置。然而，生态物流的某些定义严格针对废物从来源到再利用或中和的废物流动。与此相反，在早期研究中将逆向后勤界定为将后勤工作应用于废物的回收和处置以及危险废物的管理，而从更广泛的理解中，有人指出了旨在减少资源利用、物质回收、材料再利用和废物处置的后勤活动[8]。因此，反向物流可以从更窄或更广泛的意义上理解。

“绿色物流”一词被定义为一套供应链管理做法和战略，以减少货物分销的生态和能源足迹，重点是物料处理、废物管理、包装和运输。绿色物流是物流业的发展趋势[9]。在发展过程中，利用物流资源减少对环境的破坏，促进资源的可持续发展。比如在物流过程中，可以减少重复物流，妥善保存运输的货物，避免污染环境的货物泄漏，提前安排运输路线，避免交通拥堵，从而减少废气排放。绿色物流在发展循环经济中发挥着重要作用，它不仅可以促进环境保护，而且可以提高企业效率，降低运营成本。绿色物流活动包括衡量不同分配战略的环境影响、减少物流活动中的能源消耗、减少废物量和管理其处理。总之，“绿色”物流旨在确保物流流程正确进行，同时尽量减少其对自然环境的不利影响。绿色物流是一个多层次的概念，既包括“绿色”物流活动，也包括绿色物流管理、标准化和控制的社会活动。尽管绿色物流和生态物流通常被视为相同的概念，但绿色物流的概念似乎比生态物流的概念要广泛得多，与逆向物流相比要广泛得多。这三个概念在循环经济中密切相关和相互应用。图1说明了逆向物流与生态物流与绿色物流之间的关系。

图1 逆向物流、生态物流与绿色物流来源的关系

1.2 以循环经济为基础的绿色物流体系

上文所提及的绿色物流定义的定义，不仅服务于自然资源的保护，而且为自然资源与产品、产品和消费者之间架起了一座桥梁，是封闭循环经济体系循环的工具。因此，绿色物流将决定循环经济周期的效率。企业实现循环经济理念的重要绿色物流活动包括：绿色包装;绿色运输;储运;流程加工。

上述活动由逆向后勤和废物物流提供支持。物质流动是工业生产活动的一部分，企业工业系统相关的能源流动，对循环经济体系的有效性至关重要。循环经济和工业生态的一个不可分割的要求是保证企业间材料的有效流动和循环利用。目的是简化参与产品交付的公司制造系统的物流流程，使制造物流合理化，并有效管理参与循环经济系统的公司的供应链。然而，循环经济体系和参与循环经济的企业将受到多种因素的影响，包括：政法因素；市场因素；社会文化因素；技术因素；自然因素。

上述因素应支持商业实体对废物的再利用和再循环。然而，公司的产品在被消费后，可能再次成为经济体系中的宝贵材料，受到青睐，被视为环保产品。矿物来源和有机资源的材料通常作为再生材料回归制造系统。

2 符合循环经济原则的城市生活污水污泥管理

循环经济不仅涉及对可再生能源最小使用的关注，而且需要将废物用作可回收材料，并回收废物，而不会造成负面的外部影响。因此，实施循环经济是一项具有挑战性的任务，尤其是对于市政服务部门而言。良好的污水污泥管理需要按照循环经济原则，有效解决处理工艺、污泥管理和使用问题。各国遵守上述原则的趋势取决于许多因素，特别是：科学和技术知识、技术和技术解决办法创新、污水污泥质量、立法、水、污水和沉积政策和战略以及财政资源的可得性。引入土壤中的污泥是有机物和养分的来源，改善土壤质量和栽培植物产量的提高。因此，废物被用作符合循环经济原则的肥料。污水污泥处理及其在循环经济方面的使用的另一个例子是基于这样一种假设，即可以结合各种具有适当特性的废物来获得新的产品，如集料。在污水污泥等废物的热处理过程中，创造出了一种有价值的产品，广泛应用于建筑施工中。

技术进步、创新解决方案的实施以及日益增强的环境意识都导致污水处理过程的感知方式发生变化。欧洲投资和发展部(MIR)于2018年提供公众咨询和部际协商，即所谓的路线图项目，以帮助在循环经济中使用原材料。它不仅涉及工业和城市垃圾的管理，而且涉及污水污泥，对供水和排污企业来说越来越困难。今年，他们将要处理超过70万吨干污泥——2007年，干污泥量略高于50万吨。从 2016 年起，污泥禁止储存。MIR计划将其推广为生物质，可用于农业、工业和能源。

目前，只有5%的生物废物被回收。据估计，如果回收更多的生物废物，它可以取代高达30%的无机肥料。欧洲联盟目前每年进口约600万吨磷酸盐，但其中30%可以替代污水污泥提取产品、可生物降解废物、肉类和骨粉或粪便。污水污泥焚烧产生的灰烬可能含有与天然磷酸盐岩矿相似数量的磷。在许多欧洲国家，例如德国，已经采取了先进的措施，从污水污泥焚烧中回收灰烬中的磷。

污水污泥的管理不仅出于卫生原因，而且应该通过利用和再利用而不是倾倒来进行。为重复使用废物(包括污水废物)而开展的活动必须符合环境保护的法律要求。在决定污水污泥管理方法时，需要考虑技术、生态和经济状况。还必须获得社会接受为污泥利用而设计的项目的位置及其处理方法(图2)。

在过去几年中，世界上污水污泥的管理主要通过其自然利用(图3)或热利用进行。污泥回收最好的方法之一是污泥在农业中的应用。污水污泥中存在的多种营养物质应在环境中恢复，在土壤中，越来越经常表现出有机物和营养的缺乏。然而，农业用途的一个实质性限制是重金属含量过高和污水污泥卫生污染。

图2 污水污泥管理中考虑的标准

图3 污水污泥的自然使用

在农业利用方面，污泥可以提供氮、磷、碳、有机物等，对植物的正确生长至关重要。在稳定良好的污水污泥中，有机物主要占干重的50～60%，而在足够稳定的污水污泥中，高达70%。而在原污水污泥中，它约占干重的85%。由于矿化工艺发生，污水污泥的长期调味量导致有机物含量持续下降。这种利用方法的一个毫无疑问的优点是成本相对较低。众多作者的研究结果为污水污泥对土壤的物理、化学和生物特性产生了有益的影响。污水污泥特别适合施肥土壤，这些土壤需要改进其结构和生物活性，补充其养分，并丰富吸附复合物。城市污水中的污泥，除了提供对植物正确生长至关重要的宏观和微量营养素外，可能含有过量的有害重金属(如Cd、Pb、Hg、As)。出于卫生原因，它也可能很危险。此外，污泥的农业利用还取决于季节和植物植被周期。对土壤的污水污泥进行鉴定的出发点必须是对给定污水土壤批次进行完整的化学和卫生分析。还应保证，污水污泥只以与植物的锰需求相对应的剂量引入土壤。对污水污泥质量的分析发现，污水污泥往往不符合农业使用标准;然而，在大多数情况下，它们符合自然利用条件，例如土地复垦。一个重要且越来越可取的解决方案(除热转化外)是利用污水污泥获得廉价的生物质，用于可再生能源工业。

生物质是目前使用最广泛的最古老的可再生能源。为了满足生物质生产的要求，还必须从能源植物的种植园(如巨型的山泥植物、弗吉尼亚的扇花、芦荟草或草)获得，这些植物可以完全使用污水污泥进行人工制作。从经济角度来看，用污水污泥对土壤进行耕作不仅有利，而且对恢复和保持环境平衡也至关重要，因为在能源种植园使用污水污泥可以关闭整个当地生态系统中的养分循环。利用污水污泥进行土壤培植，是其管理中最安全、最有效的方法之一。

考虑到能源植物不适合人类食用，有害物质进入食物链的风险微乎其微。污水污泥用于生产能源作物，以确保集约化植物生长有效地替代矿物肥料，这无疑有利于生态和经济。

焚烧是减少污泥量及其利用的合理解决方案，但是是危险和繁琐的。热转化是最佳和首选的解决方案之一。根据循环经济原则进行城市污水污泥管理的一个例子是，Veolia公司启动了污泥回收装置，利用香港一家污水处理厂的污泥，为720万人服务。

然而，在燃烧之前，污泥必须干燥，这将产生额外的成本。在旋转水泥窑中焚烧污水污泥越来越经常被推荐。水泥窑(2000°C以上)和被燃烧材料(约1450°C)的高温、湍流以及流经低温区(超过1200°C)的气体和材料的相对长时间(7-10 s))的状况，导致流入窑的可燃有机物质几乎完全分解和燃烧。应该强调的是，旋转水泥窑对污泥焚化炉或其他装置的优点是无废物利用。成形燃烧产物，即灰烬，完全被吸收并永久地约束在熟料中，不会对自然环境造成任何威胁。得益于污水污泥和其他物质的热处理，可以生产轻质骨料。集料制造的热工艺完全中和并稳定污泥的潜在危险成分。将硅酸盐晶体结构中污水污泥中的重金属化合物整合在一起，通过机械或物理方法，如水或酸雨冲刷，或它们在自然条件下的反应，导致这种结构的重金属排放不足。该产品广泛应用，例如作为轻质和绝缘混凝土的组成部分，农业和园艺基板，活屋顶基板，道路子结构排水，污水处理厂过滤介质。

很难在所有污水处理厂的污水污泥管理中指明一个单一的模式解决方案。然而，管理和再利用污水污泥是当今的一项要求。应严格调整选定的方法，不仅应根据产生的污水污泥的质量和数量以及污水处理厂的技术能力，而且应根据收集、使用、处理或中和污水废物的承包商的特殊性加以调整。

3 总结

开展绿色物流和循环经济教育，在企业家中推广绿色物流和循环经济，在当今社会具有十分重要的意义。越来越多的废物正在成为世界范围内的一个主要问题。实施循环经济是一项具有挑战性的任务，尤其是对市政服务业而言。污泥已成为人类生活和经济活动中不可分割的组成部分，随着技术的进步，其种类和性质也在发生变化。因此，寻找新的废物(污泥)管理途径成为当代绿色物流的研究热点。目前的法规越来越严格地处理城市垃圾填埋场储存污泥的问题。由于城市污水污泥，特别是大城市污水污泥中有害化合物(重金属)含量高，常规的自然污泥管理方法也逐渐失去吸引力。因此，废物利用的目标趋势将主要是热利用方法，因为这是最环保和经济可行的。